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來(lái)源 | 長(zhǎng)江商學(xué)院

編者按

“數(shù)據(jù)已丟失”

“您訪問(wèn)的頁(yè)面已過(guò)期”

“您查找的信息已被覆蓋”

“您的內(nèi)存已不足，請(qǐng)及時(shí)清理”

在數(shù)字化時(shí)代，大眾倚賴(lài)數(shù)據(jù)生活、企業(yè)依靠數(shù)據(jù)運(yùn)行、國(guó)家更將數(shù)據(jù)作為未來(lái)的戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備。當(dāng)數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)，我們依賴(lài)的基于硅材料的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)方式，從人力、物力包括能源角度都已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)。信息存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)處于變革中心的當(dāng)下，DNA存儲(chǔ)應(yīng)運(yùn)而生，成為了行業(yè)前進(jìn)的方向之一。

關(guān)于DNA，我們并不陌生，它作為“生命的密碼”，已經(jīng)成為了我們最熟知的科學(xué)名詞之一?；蚣夹g(shù)也一直在探索不同的領(lǐng)域，通過(guò)前沿的研究促進(jìn)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。三年前，DNA基因編輯技術(shù)引起了社會(huì)上熱烈的討論；基因技術(shù)中的“核酸檢測(cè)”也成為了“抗疫戰(zhàn)爭(zhēng)”中的一等功臣。在學(xué)科交叉、融合成為主流的今天，DNA與信息技術(shù)相結(jié)合又產(chǎn)生了新的突破——DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

在長(zhǎng)江，我們相信學(xué)習(xí)平臺(tái)必須是跨界、跨學(xué)科的。面向未來(lái)的企業(yè)家學(xué)習(xí)必須超越經(jīng)濟(jì)和管理的范疇，而前沿技術(shù)與創(chuàng)新正是其中的重要領(lǐng)域。

DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是什么？在數(shù)字化浪潮席卷而來(lái)之際，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用前景如何？它又將給我們的生活帶來(lái)什么新的改變？

長(zhǎng)江商學(xué)院戰(zhàn)略管理實(shí)踐教授石維磊教授，中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)王寬誠(chéng)講席教授、化學(xué)化工學(xué)院院長(zhǎng)樊春海院士，上海交大中國(guó)金融研究院金融法制中心副主任丁春春博士近日就這些話題在長(zhǎng)江大講堂上進(jìn)行了對(duì)話。

石維磊

長(zhǎng)江商學(xué)院戰(zhàn)略管理實(shí)踐教授

全球頂級(jí)期刊

Journal of Management Studies（FT 50）副主編

最好的創(chuàng)新，永遠(yuǎn)在邊界上，而不是邊界內(nèi)。

21世紀(jì)不僅僅是生命科學(xué)的世紀(jì)，也不僅僅是信息科學(xué)的世紀(jì)，而是兩者交叉融合的新時(shí)代。信息技術(shù)（IT）與生物技術(shù)（BT）的交融是學(xué)科交叉、技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的應(yīng)許之地。

無(wú)論是政府、科學(xué)界還是企業(yè)界，交叉學(xué)科都是一個(gè)備受關(guān)注的主題。而DNA存儲(chǔ)作為IT-BT交融的技術(shù)在未來(lái)是一個(gè)很有前景的賽道。

DNA存儲(chǔ)具有非常大的戰(zhàn)略意義。近年來(lái)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的興起，導(dǎo)致我們對(duì)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求呈現(xiàn)爆炸般的增長(zhǎng)。

在這樣的情況下，從2017年到現(xiàn)在整個(gè)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器價(jià)格大幅上漲，不僅成為集成電路領(lǐng)域銷(xiāo)售額最大的產(chǎn)品類(lèi)別，更刺激了全球半導(dǎo)體市場(chǎng)急速擴(kuò)張。

在過(guò)去短短十幾年內(nèi)，主流存儲(chǔ)介質(zhì)需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了供給量。而傳統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)的工藝高度依賴(lài)精密的外部加工設(shè)備自頂向下制備，但DNA存儲(chǔ)技術(shù)不一樣，因?yàn)樗蛡鹘y(tǒng)工藝正好相反，是自然進(jìn)化產(chǎn)生的自底向上的生命信息系統(tǒng)，意味著它對(duì)外部加工設(shè)備的依賴(lài)性極大地降低。從戰(zhàn)略層面來(lái)看這項(xiàng)技術(shù)的意義非常重大。

科學(xué)進(jìn)步往往能開(kāi)啟新的藍(lán)海市場(chǎng)，當(dāng)前市場(chǎng)規(guī)模巨大的核酸檢測(cè)行業(yè)就是DNA存儲(chǔ)的上游技術(shù)DNA合成的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之一，而其下游的DNA輸出技術(shù)則催生了現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的基因測(cè)序產(chǎn)業(yè)。DNA存儲(chǔ)已經(jīng)誕生，預(yù)知變化、助推變化、取勢(shì)變化才能占盡先機(jī)，贏得優(yōu)勢(shì)。

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對(duì)話精編

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石維磊：在我們的生活中，DNA是經(jīng)常被提及的一個(gè)專(zhuān)業(yè)詞匯，那從科學(xué)角度，它具有什么樣的特性，與信息技術(shù)結(jié)合，將產(chǎn)生什么樣的突破點(diǎn)？

樊春海：首先我們從DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，它之所以形成雙螺旋的分子結(jié)構(gòu)，和它的組成成分ATGC四種化學(xué)單元是有關(guān)系的。

在DNA結(jié)構(gòu)里，A和T配對(duì)，G和C配對(duì)，兩條配對(duì)的DNA鏈可以像拉鏈一樣形成雙鏈，并進(jìn)一步扭曲成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

從生物技術(shù)角度來(lái)看，DNA的ATGC結(jié)構(gòu)，將ATGC四個(gè)字母看成四進(jìn)制，就能洞悉從病毒、細(xì)菌到植物、動(dòng)物、人類(lèi)的編碼，了解多姿多彩的世界背后的信息。

通過(guò)DNA，我們不僅可以測(cè)現(xiàn)在的人，還可以測(cè)古人，測(cè)我們的祖先，測(cè)古生物，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)強(qiáng)大到了可以測(cè)幾十萬(wàn)年前甚至一百萬(wàn)年前的古生物。

所以，既然DNA可以儲(chǔ)存生命信息，那么為什么不能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息呢？

20世紀(jì)80年代，當(dāng)科學(xué)家都在研究DNA的生物學(xué)功能的時(shí)候，美國(guó)紐約大學(xué)希曼教授首先提出將DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼接和搭建。

DNA是需要使用原子力顯微鏡才能觀察到的納米尺度的物質(zhì)，但同時(shí)也是可以被操控的分子材料，可以變成真正意義上的宏觀尺度的材料。

DNA存儲(chǔ)技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)八十年代被第一次提出來(lái)，發(fā)明了全自動(dòng)的化學(xué)合成儀，信息可以程序化儲(chǔ)存在自動(dòng)化學(xué)合成的DNA片段中；

2012年，哈佛大學(xué)發(fā)表一篇文章，表示可以用DNA來(lái)存儲(chǔ)一本書(shū)；

截止到今天，因?yàn)镈NA存儲(chǔ)存儲(chǔ)密度高、穩(wěn)健性強(qiáng)兩個(gè)非常重要的特性，一些特種應(yīng)用已經(jīng)可以將部分?jǐn)?shù)據(jù)交給DNA儲(chǔ)存。

DNA代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，已經(jīng)是可以看到的未來(lái)。

石維磊：剛才您提到DNA的兩個(gè)重要特性，這兩個(gè)特性為存儲(chǔ)技術(shù)帶來(lái)了怎樣的突破？

樊春海：DNA存儲(chǔ)作為一個(gè)億萬(wàn)年自然進(jìn)化選擇出來(lái)的碳基生命遺傳密碼的存儲(chǔ)介質(zhì)，具有兩個(gè)非常重要的特性，這兩個(gè)特性是目前我們存儲(chǔ)介質(zhì)所缺少的。

第一個(gè)特性是具有極高的存儲(chǔ)密度。

原來(lái)的存儲(chǔ)需要一個(gè)很大的體積，但因?yàn)镈NA具有極高的存儲(chǔ)密度，意味著我們不需要很大的體積就可以把這個(gè)信息保存下來(lái)。

第二個(gè)特性是穩(wěn)健性。

以往數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用傳統(tǒng)媒體的介質(zhì)，如U盤(pán)、硬盤(pán)等，讀取、輸入是有損耗的，長(zhǎng)此以往整個(gè)介質(zhì)會(huì)衰退，十年左右就要進(jìn)行一次更新。但DNA存儲(chǔ)技術(shù)具有可復(fù)制的特性，能將大量數(shù)據(jù)永續(xù)做存儲(chǔ)。

那在這個(gè)信息更替如此訊速的時(shí)代，有什么數(shù)據(jù)需要我們儲(chǔ)存這么長(zhǎng)的時(shí)間呢？

在這里需要提到一個(gè)詞叫做“冷數(shù)據(jù)”。

冷數(shù)據(jù)包括檔案館資料、備份數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻等，這些數(shù)據(jù)的特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)量大且使用率較低，但在必要時(shí)刻可發(fā)揮重要作用。而這些數(shù)據(jù)占據(jù)了存儲(chǔ)空間的很大一部分，造成了大量的損耗。

DNA存儲(chǔ)技術(shù)就在“冷數(shù)據(jù)”的儲(chǔ)存上發(fā)揮它最大的作用。它能夠在接近零能耗的情況下將數(shù)據(jù)保存百萬(wàn)年的時(shí)間，為未來(lái)國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備物資帶來(lái)了極大的保障。

石維磊：DNA存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)目前比較成熟的存儲(chǔ)技術(shù)，以及半導(dǎo)體技術(shù)為主的存儲(chǔ)技術(shù)，比如芯片、U盤(pán)、云存儲(chǔ)等，是完全的替代品，還是互補(bǔ)品？

樊春海：從我們現(xiàn)在情況來(lái)看，DNA存儲(chǔ)技術(shù)還無(wú)法完全替代現(xiàn)有儲(chǔ)存技術(shù)，它目前的應(yīng)用方向還是解決冷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題，熱數(shù)據(jù)依舊使用傳統(tǒng)的存儲(chǔ)機(jī)制。

因?yàn)榇鎯?chǔ)器需要做到的不僅僅是存儲(chǔ)，還有輸出，而現(xiàn)有存儲(chǔ)模式的產(chǎn)出速度，是現(xiàn)在DNA還達(dá)不到的。

但DNA存儲(chǔ)未來(lái)也是有可能在某種程度上滿足熱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，到時(shí)候?qū)?huì)形成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的顛覆局面。

石維磊：DNA存儲(chǔ)目前不能大批量產(chǎn)業(yè)化，是因?yàn)樘崛〕杀靖甙海€是存儲(chǔ)解碼過(guò)程需要大型工具，它的技術(shù)爬升瓶頸壁壘在哪里？

樊春海：實(shí)際上現(xiàn)在最大的問(wèn)題就在于DNA合成。

原來(lái)的DNA合成產(chǎn)業(yè)做的都是微量的合成，現(xiàn)在不僅要做宏量和高通量合成，并且要求成本低，所以這里面的技術(shù)就需要革新。但是像這樣一種革命性技術(shù)，它與尋常增長(zhǎng)性技術(shù)的發(fā)展模式是完全不一樣的，是非線性的。

我國(guó)各院校、機(jī)構(gòu)、企業(yè)正在合力成立中國(guó)自己的DNA存儲(chǔ)技術(shù)聯(lián)盟，國(guó)家也在推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的研究。相信這種在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的技術(shù)，其發(fā)展會(huì)突飛猛進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)科學(xué)的驅(qū)動(dòng)力是超乎大家想象的。

石維磊：用邁克爾?波特的“五力分析模型”來(lái)看，如果把DNA存儲(chǔ)技術(shù)看成一個(gè)行業(yè)的話，賣(mài)方和買(mǎi)方大致是哪些企業(yè)？

樊春海：從我的理解來(lái)看，目前這個(gè)行業(yè)是有特殊性的，主要處理的是老百姓不太接觸得到的“冷數(shù)據(jù)”，所以從行業(yè)的角度來(lái)講，DNA存儲(chǔ)的買(mǎi)方主要是跟大數(shù)據(jù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，它對(duì)于大企業(yè)是具有戰(zhàn)略意義的技術(shù)。

從技術(shù)來(lái)講，因?yàn)楝F(xiàn)在DNA存儲(chǔ)技術(shù)的整合系統(tǒng)集成還沒(méi)有完全完成，所以上游的DNA合成，和下游的DNA測(cè)序都需要交給不同的企業(yè)去做。所以目前像微軟這樣的企業(yè)，自己既是買(mǎi)方，又是賣(mài)方。

石維磊：那么從產(chǎn)業(yè)投資角度，DNA存儲(chǔ)技術(shù)的未來(lái)如何？

樊春海：從上世紀(jì)50年代到2010年，可以說(shuō)各個(gè)國(guó)家都沒(méi)有重大的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，微軟研究院作為DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最早入局者，2015年開(kāi)始相關(guān)研究，2019年才有重大研發(fā)進(jìn)展，建成了一個(gè)全自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)編碼、解碼DNA的數(shù)據(jù)中心。

信息技術(shù)研究和分析的公司Gartner也預(yù)測(cè)在2024年會(huì)有30%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可能用DNA存儲(chǔ)來(lái)做。

所以從產(chǎn)業(yè)投資角度來(lái)看，這個(gè)融合了生物技術(shù)和信息技術(shù)這兩大二十一世紀(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)的DNA存儲(chǔ)，投資機(jī)會(huì)大，具體有三個(gè)維度可以展開(kāi)。

首先，數(shù)字時(shí)代到來(lái)，未來(lái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存有萬(wàn)億級(jí)別的市場(chǎng)需求。

2013年，全世界的數(shù)據(jù)只有4.4個(gè)ZB，2020年達(dá)到44個(gè)ZB，光存儲(chǔ)44個(gè)ZB就需要三峽大壩發(fā)電量；到2025年，需要儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)將會(huì)達(dá)到1750萬(wàn)億億個(gè)字節(jié)。

第二，現(xiàn)有的硅基存儲(chǔ)技術(shù)無(wú)法滿足未來(lái)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度，痛點(diǎn)需要被解決。

現(xiàn)有存儲(chǔ)架構(gòu)難以滿足數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，不利于實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。如今，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域亟需一場(chǎng)“綠色革命”——通過(guò)低能耗、高運(yùn)行效率、高資源利用率、高安全性的方式實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)技術(shù)革新。

第三，經(jīng)億萬(wàn)年自然進(jìn)化，DNA存儲(chǔ)的穩(wěn)定性、可靠性及高密度性已得到充分驗(yàn)證，具備較大的未來(lái)投資潛力。

石維磊：DNA存儲(chǔ)技術(shù)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型領(lǐng)域中有哪些應(yīng)用？

樊春海：我覺(jué)得這種革命性的技術(shù)往往帶來(lái)的是一些不可預(yù)期的，或超越我們一般想象的變革，不管是對(duì)數(shù)字化經(jīng)濟(jì)，還是對(duì)其它，可能帶來(lái)的就不是我們?cè)瓉?lái)想的信息里可以預(yù)計(jì)的，它是一個(gè)非線性的過(guò)程。

丁春春：作為一種技術(shù)手段，在數(shù)字化研究領(lǐng)域肯定有非常廣泛的應(yīng)用，另外，DNA除了存儲(chǔ)，還會(huì)有運(yùn)算功能。

我理解它是未來(lái)有可能取代集成電路的，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)就是集成電路，而DNA技術(shù)是一種生物性的集成電路，相當(dāng)于是我們高樓大廈的磚，磚的改變，會(huì)導(dǎo)致大樓結(jié)構(gòu)化的改變，即儲(chǔ)量更大、運(yùn)算更快，更先進(jìn)。

作為一片藍(lán)海市場(chǎng)，DNA存儲(chǔ)吸引了一批初創(chuàng)企業(yè)以及大企業(yè)投身于此，在不久的將來(lái)，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可能會(huì)成為繼基因測(cè)序、核酸檢測(cè)之后的第三個(gè)DNA革命性技術(shù)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的新時(shí)代。